Sản xuất hydro xanh đang ngày càng phát triển như một trụ cột chính của quá trình chuyển đổi năng lượng sạch. Tuy nhiên, một trong những rào cản lớn nhất của việc sử dụng hydro xanh trên diện rộng là chi phí sản xuất cao, phần lớn do phụ thuộc vào chất xúc tác gốc bạch kim đắt tiền.

Trong một khám phá mang tính đột phá, các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Tokyo (TUS), hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokyo và Viện Công nghệ Kyoto, phát triển một chất xúc tác mới có hiệu suất sánh ngang bạch kim, đồng thời cắt giảm đáng kể chi phí.

Vật liệu mới này, tấm nano phối hợp bis(diimino)palladium (PdDI), mang lại hiệu suất xúc tác giống như bạch kim nhưng với chi phí thấp hơn nhiều. Nghiên cứu này đánh dấu bước tiến vượt bậc trong quá trình phân tách nước bằng điện phân để tạo ra hydro.

Thông thường, chất xúc tác bạch kim đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi nước thành khí hydro, bằng cách tạo điều kiện cho sự hình thành các phân tử hydro trên bề mặt điện cực.

Mặc dù có hiệu quả, nhưng tình trạng khan hiếm và giá thành cao của bạch kim khiến việc sản xuất hydro xanh ở quy mô lớn trở nên khó khăn về mặt kinh tế.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu TUS thiết kế các tấm nano dựa trên palladium bằng quy trình tổng hợp đơn giản. Các tấm nano PdDI này tối đa hóa hoạt động xúc tác, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các kim loại quý đắt tiền.

Nhóm nghiên cứu sử dụng hai phương pháp chế tạo riêng biệt, để tạo ra hai biến thể của PdDI (C-PdDI và E-PdDI).

E-PdDI tổng hợp bằng điện hóa cho thấy điện thế cực thấp là 34 mV, tương đương với 35 mV của bạch kim, cho thấy lượng năng lượng đầu vào tối thiểu cần thiết để sản xuất hydro.

Ngoài ra, mật độ dòng điện trao đổi là 2,1 mA/cm² phù hợp với hiệu suất của bạch kim, khiến nó trở thành một trong những chất xúc tác hiệu quả nhất được phát triển cho đến nay.

Tuổi thọ của chất xúc tác là một yếu tố quan trọng trong sản xuất hydro thương mại. Các tấm nano PdDI chứng minh được độ bền đáng kể, vẫn giữ nguyên cấu trúc sau 12 giờ trong điều kiện có tính axit cao.

Tính ổn định này củng cố tiềm năng của chúng, có thể thay thế khả thi cho bạch kim trong các hệ thống sản xuất hydro công nghiệp.

Ngoài lợi ích về chi phí và hiệu suất, các tấm nano PdDI còn góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững. Bằng cách giảm sự phụ thuộc vào bạch kim, chúng giúp giảm lượng khí thải liên quan đến khai thác kim loại và thúc đẩy sử dụng hiệu quả tài nguyên.

Sự ra đời của tấm nano PdDI có thể cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp, bao gồm pin nhiên liệu hydro, lưu trữ năng lượng và vận tải.

Việc áp dụng rộng rãi chất xúc tác này có thể làm giảm chi phí cho các phương tiện chạy bằng hydro và các ứng dụng hydro công nghiệp, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang tương lai năng lượng sạch hơn.

Khi những tiến bộ tiếp theo diễn ra, chất xúc tác cải tiến này có tiềm năng giúp sản xuất hydro xanh dễ tiếp cận hơn và tiết kiệm chi phí hơn, mở ra kỷ nguyên mới về các giải pháp năng lượng bền vững.